【摘 要】
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由于散射介质表面粗糙或内部折射率的不均匀性,当光通过生物组织、毛玻璃、云雾等散射介质时会出现随机散射现象,导致在探测器上记录到的不再是清晰的目标图像,而是散斑图样。针对透散射介质的成像问题,近年来发展了一系列成像方法,如:波前整形、散射全息、传输矩阵、光学相位共轭以及散斑相关等,然而这些方法的成像环境基本都为实验室环境,没有考虑实际成像环境中的干扰光对散射成像的影响。针对散斑相关成像而言,外界背景
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由于散射介质表面粗糙或内部折射率的不均匀性,当光通过生物组织、毛玻璃、云雾等散射介质时会出现随机散射现象,导致在探测器上记录到的不再是清晰的目标图像,而是散斑图样。针对透散射介质的成像问题,近年来发展了一系列成像方法,如:波前整形、散射全息、传输矩阵、光学相位共轭以及散斑相关等,然而这些方法的成像环境基本都为实验室环境,没有考虑实际成像环境中的干扰光对散射成像的影响。针对散斑相关成像而言,外界背景干扰光的存在,会严重降低散斑自相关的对比度,使其精细结构淹没于背景干扰噪声中,降低目标重建质量甚至无法成像。本文在探究强背景干扰光特性的基础之上,提出了基于泽尼克多项式拟合结合低秩稀疏矩阵分解的强背景干扰光去除方法,在变换域中去除干扰光的影响,分析不同干扰光条件下的成像效果,最终实现信噪比低至-24d B时的透散射介质成像,具体研究内容如下:(1)研究了强背景干扰光的特性,发现强背景干扰光其自相关为波浪形背景和尖峰噪声的组合,基于此提出了泽尼克多项式拟合结合低秩稀疏矩阵分解的强背景干扰光去除方法,分两步来对强背景干扰光进行去除,并通过仿真的方式验证了每一步中的干扰光去除效果,成功建立了强背景干扰光去除模型,为在强背景干扰光下的透散射介质成像奠定了基础。(2)在实验室环境实现了强背景干扰光下的透散射介质成像,以建立的强背景干扰光去除模型为基础,结合散斑相关成像方法,先仿真验证强干扰光下对透散射介质目标的重建效果,然后搭建相应的实验光路,实现在较低信噪比环境下的透散射介质目标重建,利用该方法,可提高散斑相关成像方法的抗干扰能力。(3)深入探究了本文所提出方法在不同场景下的成像能力。首先通过实验测量了传统散斑相关成像方法和本文所提出改进方法的成像极限,发现传统方法的成像信噪比最低为-13d B,而本文所提出的方法可实现信噪比低至-24d B环境下的成像;然后实现了强背景干扰光下的对不同目标的成像重建;最后,在外场存在强自然光的场景下采集数据,实现了在真实自然场景下的目标重建。综上,本文在对强背景干扰光的特性进行研究之后,提出了基于泽尼克多项式拟合结合低秩稀疏矩阵分解的强背景干扰光去除方法,实现了在强背景光干扰下的透散射介质成像。该方法的研究,有望拓宽散射成像的应用范畴,促进散射成像技术从实验室环境到自然环境应用的发展,提高散射成像技术广泛应用于日常生活及生产中的可能性。
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